Миссия NASA SkyFall отправится к Марсу в декабре 2028 года с тремя вертолётами на борту
Аппараты получат гибкие тканевые антенны из полиэстера и вектрана, способные летать у самой поверхности и не ломаться при посадке
Радиолокационные и инфракрасные приборы впервые подробно покажут, где под марсианским грунтом залегает водяной лёд
В отличие от вертолёта Ingenuity, SkyFall сможет передавать данные напрямую на орбитальные аппараты — без помощи марсохода-посредника
Если хочется заранее понять, как будут выглядеть в работе новые марсианские вертолёты NASA, теперь такая возможность есть: агентство опубликовало художественную концепцию аппаратов SkyFall, летящих над Красной планетой и сканирующих её поверхность.
Три вертолёта SkyFall собирают данные над поверхностью Марса. Зелёные волны, исходящие от больших антенн, обозначают сбор радиолокационных данных о подповерхностном слое, красные лучи — ближнюю инфракрасную съёмку реголита (измельчённой породы и пыли) и других деталей рельефа. Источник изображения — popsci.com
Что изображено на новой картинке
На иллюстрации три аппарата одновременно «просвечивают» марсианскую поверхность. Зелёные частотные волны, исходящие от антенн, символизируют сбор радиолокационных данных о том, что скрыто под грунтом, а красные лучи — данные ближней инфракрасной съёмки реголита и других поверхностных структур. Каждый из трёх вертолётов несёт по четыре научных прибора, так что помимо поиска льда им предстоит целый список задач.
Формально перечень целей миссии выглядит так:
- поиск залежей водяного льда на небольшой глубине;
- изучение геологического строения подповерхностных слоёв;
- построение трёхмерных карт рельефа и отслеживание его изменений;
- анализ состава марсианского реголита;
- уточнение климатической истории планеты;
- подбор безопасных площадок для будущих пилотируемых посадок.
Полёт на ядерном корабле и высадка прямо в воздухе
SkyFall отправится к Марсу на борту космического корабля NASA Space Reactor-1 Freedom (SR-1 Freedom) — первого межпланетного аппарата с ядерной электрической двигательной установкой. Реактор вырабатывает электричество, которое питает высокоэффективные электрические двигатели; это принципиально иная схема, чем у привычных радиоизотопных генераторов, снабжавших энергией приборы «Вояджеров» и марсоходов. Запуск намечен на декабрь 2028 года, прибытие к Марсу — примерно через год, в 2030-м.
Доставку вертолётов на поверхность NASA описывает как «дерзкое развёртывание в воздухе». Спускаемая капсула выпустит все три аппарата прямо во время торможения в марсианской атмосфере, и дальше они самостоятельно долетят до своих районов работы. Такой приём полностью убирает необходимость в посадочной платформе — одном из самых дорогих, сложных и рискованных элементов любой марсианской миссии. Теплозащитный экран и заднюю часть капсулы строит компания Firefly Aerospace на своих площадках в Техасе, финальная сборка пройдёт в Лаборатории реактивного движения (JPL), которая и управляет проектом. Сами вертолёты проектируются совместно с компанией AeroVironment — той же, что участвовала в создании Ingenuity.
Антенна-«плащ», ради которой пришлось изобретать заново
Антенны, которые видно на изображении, потребовали серьёзной инженерной работы. Радиолокатор SkyFall работает в сверхшироком диапазоне — от 500 до 2500 МГц, что соответствует длинам волн примерно от 60 до 12 см. Самые длинные волны уходят на несколько метров вглубь, самые короткие дают детальную картину верхних слоёв и текстуры поверхности.
Проблема в геометрии. Обычная антенна такого диапазона должна быть длиной около 48 см и «смотреть» на грунт без помех, а просвет между поверхностью Марса и днищем вертолёта составляет всего 15 см. Решением стала антенна типа Vivaldi: плоская, широкополосная, с плавными изгибами, которые её изобретателю напомнили очертания скрипки. Такую форму легко вырезать из гибкой металлизированной ткани. Инженеры дополнительно уменьшили конструкцию, воспользовавшись тем, что сухой марсианский реголит поглощает радиоволны заметно слабее земной почвы, а зондировать нужно лишь верхние 5 метров.
Даже в уменьшенном виде антенна примерно в полтора раза длиннее посадочных опор вертолёта. При посадке она отгибается в сторону, а если аппарат сядет на камень — отгибается ещё сильнее; при взлёте ей нужно самостоятельно вернуться в рабочее положение. Ради этого полотно обтянули полиэстером и слоями вектрана — того же сверхпрочного волокна, из которого делали посадочные подушки безопасности марсоходов Spirit и Opportunity. Форму держат гибкие пружинящие ленты из стеклопластика и лёгкое магниевое крепление. Вся конструкция весит около 150 граммов.
Летом 2026 года прототип прошёл цикл испытаний в JPL. Антенну сгибали, имитируя положение после посадки, прогоняли через перепады температуры до 94 °C, воспроизводящие марсианские сутки, и многократно изгибали, повторяя десятки касаний грунта. Шесть раз её относили в безэховую камеру и проверяли, не ухудшилась ли способность излучать и принимать сигнал. Итог: эквивалент 200 посадок на Марсе — вдвое больше, чем требуется для основной программы, — без потери характеристик. Следующий шаг — инженерная модель, которой предстоят вибрационные испытания, раскрытие в имитированной марсианской среде и полевые проверки на полигоне «Марсианский двор» в JPL.
Зачем вообще летать так низко
Орбитальные аппараты давно умеют находить толстые пласты льда на глубине в десятки метров, но верхние несколько метров грунта для них практически невидимы. А именно этот слой важнее всего для будущих экспедиций: до него можно дотянуться и переработать лёд в воду, кислород и топливо.
«Единственный способ обнаружить неглубокий подповерхностный лёд дистанционно — это летать близко к земле», — пояснил Эдриан Тан, ведущий научный сотрудник по радиолокатору подповерхностного зондирования SkyFall. «Летая низко и медленно, вертолёт SkyFall мог бы получать радиолокационные изображения, позволяющие различать тонкие слои, где сухая почва переходит в лёд, обнаруживая его присутствие и картину распространения».
Есть и второе принципиальное отличие от предшественника. Первому автономному марсианскому вертолёту NASA Ingenuity приходилось использовать марсоход Perseverance как ретранслятор, из-за чего он был привязан к маршруту машины. SkyFall передаёт информацию напрямую на аппараты, находящиеся на орбите Марса, и потому может работать самостоятельно — каждый вертолёт исследует свой участок. Для сравнения: Ingenuity совершил 72 полёта почти за три года и вообще не нёс научных приборов, будучи чистой демонстрацией технологии.
Что ещё известно о проекте
Изначальная концепция AeroVironment предполагала шесть разведывательных вертолётов, но в утверждённом варианте миссии их три. Винты нового поколения уже прошли испытания в 25-футовом космическом имитаторе JPL, где воздух заменили углекислым газом марсианской плотности: лопасти раскручивали до сверхзвуковых скоростей. Летать на Марсе действительно тяжело — атмосфера крайне разрежена, подъёмную силу создавать почти нечем, а сила тяжести при этом вполне ощутима.
Не обошлось и без споров. Часть планетологов встретила анонс настороженно: программа возврата марсианских образцов заморожена из-за сокращения бюджета, орбитальная группировка NASA у Марса стареет, и специалисты опасаются, что дорогая и быстрая по срокам SkyFall перетянет на себя финансирование других исследований Красной планеты. Официальная стоимость миссии до сих пор не объявлена.
Так или иначе, остаётся дождаться конца 2028 года — и посмотреть, что скрывается под поверхностью Марса.
